ES2659730T3 - New methanol dehydrogenase enzymes from Bacillus - Google Patents

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Stéphanie HEUX
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Abstract

Una molécula de ácido nucleico, que codifica un polipéptido que tiene actividad alcohol deshidrogenasa, en particular actividad metanol deshidrogenasa, que comprende o tiene una secuencia de nucleótidos seleccionada de entre el grupo que consiste en: (i) una secuencia de nucleótidos como se expone en una cualquiera de las SEQ ID NO: 1 (mdh2-MGA3), 3 (mdh3-MGA3), o 5 (mdh2-PB1); (ii) una secuencia de nucleótidos que tiene al menos un 90 % de identidad de secuencia, más particularmente al menos un 91, 92, 93 o 94 % de identidad de secuencia, con una secuencia de nucleótidos como se expone en una cualquiera de SEQ ID NO: 1, 3 o 5; (iii) una secuencia de nucleótidos que está degenerada con una cualquiera de las secuencias de nucleótidos de SEQ ID NO: 1, 3 o 5; (iv) una secuencia de nucleótidos que es una parte de la secuencia de nucleótidos de una cualquiera de las SEQ ID NO: 1, 3 o 5, o de una secuencia de nucleótidos que está degenerada con una secuencia de SEQ ID NO: 1, 3 o 5; (v) una secuencia de nucleótidos que codifica todo o parte de un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos se expone en una cualquiera de las SEQ ID NO: 2 (Mdh2-MGA3), 4 (Mdh3-MGA3) o 6 (Mdh2-PB1); y (vi) una secuencia de nucleótidos que codifica todo o parte de un polipéptido que tiene una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 90 % de identidad de secuencia, preferentemente al menos un 91, 92, 93 o 94 % de identidad de secuencia, con una secuencia de aminoácidos como se expone en una cualquiera de las SEQ ID NO: 2, 4 o 6; o una molécula de ácido nucleico que comprende una secuencia de nucleótidos que es complementaria de la secuencia de nucleótidos de una cualquiera de (i) a (vi).A nucleic acid molecule, which encodes a polypeptide that has alcohol dehydrogenase activity, in particular methanol dehydrogenase activity, that comprises or has a nucleotide sequence selected from the group consisting of: (i) a nucleotide sequence as set forth in any one of SEQ ID NO: 1 (mdh2-MGA3), 3 (mdh3-MGA3), or 5 (mdh2-PB1); (ii) a nucleotide sequence that has at least 90% sequence identity, more particularly at least 91, 92, 93 or 94% sequence identity, with a nucleotide sequence as set forth in any one of SEQ ID NO: 1, 3 or 5; (iii) a nucleotide sequence that is degenerated with any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 1, 3 or 5; (iv) a nucleotide sequence that is a part of the nucleotide sequence of any one of SEQ ID NO: 1, 3 or 5, or of a nucleotide sequence that is degenerated with a sequence of SEQ ID NO: 1, 3 or 5; (v) a nucleotide sequence encoding all or part of a polypeptide whose amino acid sequence is set forth in any one of SEQ ID NO: 2 (Mdh2-MGA3), 4 (Mdh3-MGA3) or 6 (Mdh2-PB1) ; and (vi) a nucleotide sequence encoding all or part of a polypeptide having an amino acid sequence that has at least 90% sequence identity, preferably at least 91, 92, 93 or 94% sequence identity. , with an amino acid sequence as set forth in any one of SEQ ID NO: 2, 4 or 6; or a nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence that is complementary to the nucleotide sequence of any one of (i) to (vi).

Description

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La expresión “molécula de ácido nucleico” como se utiliza en el presente documento se refiere a un polímero de ARN o ADN que es de cadena sencilla o doble, que incluye opcionalmente bases sintéticas, no naturales o alteradas. Ejemplos de dichos polinucleótidos incluyen ADNc, ADN genómico y dsARN, inter alia. Preferentemente, la molécula de ácido nucleico es ADN. Aunque las secuencias de ácido nucleico a las que se hace referencia en el presente documento comprenden nucleótidos timidina (“t”), se entenderá que la invención también se refiere a las secuencias correspondientes en las que la timidina está remplazada por uridina (“u”). The term "nucleic acid molecule" as used herein refers to an RNA or DNA polymer that is single or double stranded, optionally including synthetic, unnatural or altered bases. Examples of such polynucleotides include cDNA, genomic DNA and dsRNA, inter alia. Preferably, the nucleic acid molecule is DNA. Although the nucleic acid sequences referred to herein comprise thymidine nucleotides ("t"), it will be understood that the invention also relates to the corresponding sequences in which thymidine is replaced by uridine ("u" ).

Como se ha señalado anteriormente, la invención incluye moléculas de ácido nucleico que son variantes de las moléculas de ácido nucleico de las SEQ ID NO: 1, 3 o 5, particularmente variantes funcionalmente equivalentes. Las moléculas de ácido nucleico “variantes” por tanto pueden tener cambios de nucleótido únicos o múltiples en comparación con las moléculas de ácido nucleico de SEQ ID NO: 1, 3 o 5. Por ejemplo, las variantes pueden tener 1, 2, 3, 4 o 5 o más adiciones, sustituciones, inserciones o eliminaciones de nucleótidos. As noted above, the invention includes nucleic acid molecules that are variants of the nucleic acid molecules of SEQ ID NO: 1, 3 or 5, particularly functionally equivalent variants. The "variant" nucleic acid molecules can therefore have single or multiple nucleotide changes compared to the nucleic acid molecules of SEQ ID NO: 1, 3 or 5. For example, the variants may have 1, 2, 3, 4 or 5 or more additions, substitutions, insertions or deletions of nucleotides.

En un aspecto adicional, la invención proporciona una proteína (o polipéptido) que tiene una alcohol deshidrogenasa, particularmente actividad MDH, como se ha definido anteriormente en el presente documento. In a further aspect, the invention provides a protein (or polypeptide) having an alcohol dehydrogenase, particularly MDH activity, as defined hereinbefore.

La proteína o polipéptido preferentemente es una MDH o una parte de la misma que tiene actividad MDH. Más particularmente, la parte mantienen la función o actividad de propiedades de la MDH de la que se deriva (como se define en referencia a las secuencias de aminoácidos de SEQ ID NO: 2, 4 o 6). The protein or polypeptide is preferably an MDH or a part thereof that has MDH activity. More particularly, the part maintains the function or activity of properties of the MDH from which it is derived (as defined in reference to the amino acid sequences of SEQ ID NO: 2, 4 or 6).

La proteína o polipéptido se puede definir alternativamente en referencia a las secuencias de ácido nucleico codificantes ya que dicha proteína o polipéptido de la invención puede codificarse por cualquiera de las moléculas de ácido nucleico de la invención, como se ha descrito anteriormente. The protein or polypeptide can alternatively be defined in reference to the nucleic acid sequences encoding since said protein or polypeptide of the invention can be encoded by any of the nucleic acid molecules of the invention, as described above.

La invención se extiende a partes o fragmentos funcionales de las moléculas de proteína de longitud completa, por lo que se quiere decir partes o fragmentos que tienen la misma o sustancialmente la misma actividad que las proteínas de longitud completa como se ha definido anteriormente, es decir, se deberían considerar variantes funcionalmente equivalentes. Como se ha señalado en otra parte del presente documento, la actividad se puede ensayar de distintas formas de manera directa. Normalmente estos fragmentos funcionales tendrán solo eliminaciones pequeñas con respecto a la molécula de proteína de longitud completa, por ejemplo, de menos de 50, 40, 30, 20 o 10 aminoácidos, aunque como se ha señalado anteriormente en conexión con las moléculas de ácido nucleico, pueden ser apropiadas eliminaciones mayores, por ejemplo, de hasta 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200 aminoácidos o al menos 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200 aminoácidos. En todos los casos, los fragmentos deberían tener la misma o sustancialmente la misma actividad que las proteínas de longitud completa como se ha definido anteriormente, es decir, se deberían considerar que son variantes funcionalmente equivalentes. Estas eliminaciones pueden ser en el extremo N, el extremo C o pueden ser eliminaciones internas. The invention extends to functional parts or fragments of the full-length protein molecules, meaning parts or fragments that have the same or substantially the same activity as full-length proteins as defined above, ie , functionally equivalent variants should be considered. As noted elsewhere in this document, the activity can be tested in different ways directly. Normally these functional fragments will have only small deletions with respect to the full length protein molecule, for example, of less than 50, 40, 30, 20 or 10 amino acids, although as noted above in connection with the nucleic acid molecules , greater deletions, for example, of up to 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200 amino acids or at least 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200 amino acids may be appropriate. In all cases, the fragments should have the same or substantially the same activity as full-length proteins as defined above, that is, they should be considered to be functionally equivalent variants. These deletions can be at the N-end, the C-end or they can be internal deletions.

Las partes o fragmentos representativos pueden comprender al menos un 50 %, y preferentemente al menos un 60, 70, 75, 80, 85, 90 o 95 % de aminoácidos contiguos de la secuencia de aminoácidos como se expone en las SEQ ID NO: 2, 4 o 6. Representative portions or fragments may comprise at least 50%, and preferably at least 60, 70, 75, 80, 85, 90 or 95% contiguous amino acids of the amino acid sequence as set forth in SEQ ID NO: 2 , 4 or 6.

El polipéptido de la invención como se ha definido anteriormente incluye por tanto variantes de las secuencias de SEQ ID NO: 2, 4 o 6, por ejemplo, secuencias que tienen ciertos niveles de identidad de secuencia con las secuencias expuestas. Dichas variantes podrían ser variantes de origen natural, tal como proteínas u homólogos comparables que se encuentran en otras especies o más particularmente variantes encontradas en otros microorganismos, (que comparten las propiedades funcionales de la proteína codificada como se ha definido en otra parte del presente documento). The polypeptide of the invention as defined above therefore includes variants of the sequences of SEQ ID NO: 2, 4 or 6, for example, sequences that have certain levels of sequence identity with the exposed sequences. Such variants could be naturally occurring variants, such as comparable proteins or homologs found in other species or more particularly variants found in other microorganisms, (which share the functional properties of the encoded protein as defined elsewhere in this document. ).

Las variantes de los polipéptidos de origen natural como se define en el presente documento también se pueden generar sintéticamente, por ejemplo, utilizando técnicas de biología molecular convencionales que se conocen en la técnica, por ejemplo, técnicas de mutagénesis convencional tales como mutagénesis aleatorias dirigidas al sitio (por ejemplo utilizando transposición genética o PCR tendente a error). Dichas técnicas de mutagénesis se pueden utilizar para desarrollar enzimas que tienen propiedades catalíticas mejoradas o diferentes. Variants of naturally occurring polypeptides as defined herein can also be generated synthetically, for example, using conventional molecular biology techniques known in the art, for example, conventional mutagenesis techniques such as random mutagenesis directed to the site (for example using genetic transposition or error-prone PCR). Such mutagenesis techniques can be used to develop enzymes that have improved or different catalytic properties.

También se pueden utilizar derivados de los polipéptidos como se define en el presente documento. Por derivado se quiere decir un polipéptido como se ha descrito anteriormente o una variante del mismo que en vez de aminoácidos de origen natural, contiene un análogo estructural de ese aminoácido. La derivación o modificación (por ejemplo, marcado, glicosilación, metilación de los aminoácidos de la proteína) también se puede producir a condición de que la función de la proteína no se afecta de manera adversa. Derivatives of the polypeptides may also be used as defined herein. By derivative is meant a polypeptide as described above or a variant thereof that instead of naturally occurring amino acids, contains a structural analogue of that amino acid. The derivation or modification (for example, labeling, glycosylation, methylation of the amino acids of the protein) can also occur on condition that the function of the protein is not adversely affected.

“Análogo estructural” quiere decir un aminoácido no convencional. Ejemplos de dichos aminoácidos no convencionales o análogos estructurales que se pueden utilizar son aminoácidos D, isoésteres amida (tal como Nmetil amida, amida retro-inversa, tioamida, tioéster, fosfonato, cetometileno, hidroximetileno, fluorovinilo, (E)-vinilo, metilenoamino, metilenotio o alcano), L-N metil aminoácidos, D-α-metil aminoácidos, D-N-metil aminoácidos. "Structural analog" means an unconventional amino acid. Examples of such unconventional amino acids or structural analogs that can be used are amino acids D, amide isoesters (such as Nmethyl amide, retro-reverse amide, thioamide, thioester, phosphonate, ketomethylene, hydroxymethylene, fluorovinyl, (E) -vinyl, methyleneamine, methylenotium or alkane), LN methyl amino acids, D-α-methyl amino acids, DN-methyl amino acids.

La identidad de secuencia se puede evaluar por cualquier procedimiento conveniente. Sin embargo, para determinar el grado de identidad de secuencia entre secuencias, pueden ser útiles los programas de computadora que hacen múltiples alineamientos de secuencias, por ejemplo, Clustal W (Thompson y col., (1994) Nucleic Acids Res., 22: Sequence identity can be evaluated by any convenient procedure. However, to determine the degree of sequence identity between sequences, computer programs that make multiple sequence alignments, for example, Clustal W (Thompson et al., (1994) Nucleic Acids Res., 22, may be useful:

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La invención proporciona adicionalmente un microorganismo o huésped, que puede ser cualquier microorganismo huésped como se ha expuesto anteriormente, por ejemplo, E. coli, B. subtilis y C. glutamicum, que contenga una o más de las moléculas de ácido nucleico de la invención, en el que al menos una de dichas moléculas de ácido nucleico está unida operativamente a una secuencia de control de la expresión heteróloga (es decir, una secuencia de control de la expresión heteróloga respecto a la molécula de ácido nucleico de la invención(), o vectores de la invención. Eh huésped se modifica genéticamente de manera que se introduce o se altera la expresión de MDH. Esto se puede conseguir introduciendo una o más copias de un ácido nucleico que codifica MDH de la invención bajo el control de un promotor no nativo preferentemente fuerte. Por lo tanto, el material genético está presente en el microorganismo huésped pero no está presente en el microorganismo de origen natural (es decir, hay material genético exógeno presente). The invention further provides a microorganism or host, which may be any host microorganism as set forth above, for example, E. coli, B. subtilis and C. glutamicum, containing one or more of the nucleic acid molecules of the invention. , wherein at least one of said nucleic acid molecules is operatively linked to a heterologous expression control sequence (i.e., a heterologous expression control sequence relative to the nucleic acid molecule of the invention (), or vectors of the invention Eh host is genetically modified so that the expression of MDH is introduced or altered This can be achieved by introducing one or more copies of a nucleic acid encoding MDH of the invention under the control of a non-promoter preferably strong native, therefore the genetic material is present in the host microorganism but is not present in the microorganism of origin n atural (i.e., exogenous genetic material is present).

En general, el material genético exógeno se introduce utilizando el procedimiento de transformación. La transformación implica normalmente un plásmido u otro vector que contendrá también un gen capaz de la identificación de los microorganismos transformados satisfactoriamente, por ejemplo, un gen de resistencia a antibióticos (por ejemplo contra ampicilina) o algún otro marcador. Otros procedimientos para seleccionar los transformantes son conocidos por el experto e incluyen el uso de un vector sensible a la luz, un gen lux, que produce colonias positivas que se iluminan en oscuridad. Otros vehículos adecuados para la transformación de bacterias incluyen cósmidos y moléculas de bacteriófagos. In general, the exogenous genetic material is introduced using the transformation procedure. The transformation normally involves a plasmid or other vector that will also contain a gene capable of identifying successfully transformed microorganisms, for example, an antibiotic resistance gene (for example against ampicillin) or some other marker. Other procedures for selecting transformants are known to the person skilled in the art and include the use of a light-sensitive vector, a lux gene, that produces positive colonies that glow in the dark. Other vehicles suitable for the transformation of bacteria include cosmids and bacteriophage molecules.

La invención se describirá ahora adicionalmente en referencia a los siguientes Ejemplos no limitantes. The invention will now be described further in reference to the following non-limiting Examples.

En los Ejemplos se hace referencia a las siguientes Figuras: The Examples refer to the following Figures:

Figura 1: Alineamiento de secuencia de nucleótidos de mdh-MGA3, mdh2-MGA3, mdh3-MGA3, mdh-PB1, mdh1-PB1 y mdh2-PB1 de B. methanolicus. Figura 2: (A) Alineamientos de secuencia primaria de las proteínas deducidas Mdh, Mdh2 y Mdh3 de B. methanolicus MGA3, y Mdh, Mdh1 y Mdh2 de PB1. (B) Alineamientos de secuencia primaria de la sub-familia mdh2/mdh3 (es decir, proteínas Mdh2 y Mdh3 de B. methanolicus MGA3 y Mdh2 de PB1). Figura 3: Actividades catalíticas de Mdh (negro), Mdh2 (gris oscuro) y Mdh3 (gris claro) purificadas en distintos alcoholes (200 mM) ensayadas in vitro. (A) Se analizó la especificidad de sustrato para las MDH de B. methanolicus MGA3 in vitro. Los sustratos alcohólicos se utilizaron a concentraciones de 500 mM excepto para el pentanol (300 mM) y hexanol (50 mM). Los datos se calcularon a partir del valor medio de dos experimentos que se hicieron por triplicado. (B) Se analizó la especificidad de sustrato para MDH de B. methanolicus PB1 in vitro. Los sustratos alcohólicos se utilizaron a concentraciones de 500 mM excepto para el pentanol (300 mM) y hexanol (50 mM). Los datos se calcularon a partir del valor medio de dos experimentos que se hicieron por triplicado. Figura 4: (A) Determinación de la temperatura óptima para la actividad catalítica de Mdh, Mdh2 y Mdh3 in vitro. Figure 1: Nucleotide sequence alignment of mdh-MGA3, mdh2-MGA3, mdh3-MGA3, mdh-PB1, mdh1-PB1 and mdh2-PB1 of B. methanolicus. Figure 2: (A) Primary sequence alignments of the deduced Mdh, Mdh2 and Mdh3 proteins of B. methanolicus MGA3, and Mdh, Mdh1 and Mdh2 of PB1. (B) Primary sequence alignments of the mdh2 / mdh3 sub-family (ie, Mdh2 and Mdh3 proteins of B. methanolicus MGA3 and Mdh2 of PB1). Figure 3: Catalytic activities of Mdh (black), Mdh2 (dark gray) and Mdh3 (light gray) purified in different alcohols (200 mM) tested in vitro. (A) The substrate specificity for MDH of B. methanolicus MGA3 in vitro was analyzed. The alcoholic substrates were used at concentrations of 500 mM except for pentanol (300 mM) and hexanol (50 mM). Data were calculated from the average value of two experiments that were done in triplicate. (B) The substrate specificity for MDH of B. methanolicus PB1 was analyzed in vitro. The alcoholic substrates were used at concentrations of 500 mM except for pentanol (300 mM) and hexanol (50 mM). Data were calculated from the average value of two experiments that were done in triplicate. Figure 4: (A) Determination of the optimum temperature for the catalytic activity of Mdh, Mdh2 and Mdh3 in vitro.

(B) La determinación de las condiciones de temperatura óptima para la catálisis por las proteínas MDH de B. methanolicus PB1 se llevó a cabo in vitro: la actividad específica se calculó en 500 mM de etanol; las mediciones se hicieron por triplicado. Figura 5: (A) Se ensayó la temperatura de estabilidad de MGA3 Mdh, Mdh2 y Mdh3 in vitro. Las enzimas se incubaron a 45 ºC o a 60 ºC antes del ensayo enzimático. (B) La temperatura de estabilidad para Mdh, Mdh1 y Mdh2 de PB1 se ensayó in vitro. Las enzimas se incubaron a 45 ºC o a 60 ºC antes del ensayo enzimático. Figura 6: Se ensayó la actividad catalítica de Mdh, Mdh2 y Mdh3 en presencia de Act y se comparó con el nivel de la actividad medida cuando Act no estaba presente. (A) La activación de las MDH con Act de B. methanolicus MGA3 se ensayó in vitro. Los ensayos se llevaron a cabo por triplicado con 500 mM de alcohol y 5 µg/ml de MDH y proteínas Act. (B) La activación de la las MDH con Act de B. methanolicus PB1 in vitro. Se llevaron los ensayos por triplicado con 500 mM de alcohol y 5 µg/ml de MDH y proteínas Act. Figura 7. (A) Estrategias de clonación. (B) Mapa físico del plásmido act-pHCMC04. Figura 8. Actividades in vitro de cepas recombinantes de B. subtilis cuando se ensayan utilizando etanol y metanol como sustratos. Figura 9. % de masa de la fracción isotopomérica M1 de diferentes metabolitos antes (es decir, el momento cero) y después (es decir en puntos de tiempo de 30 y 90 minutos) de la adición de 13C-metanol. Las tres líneas representan los resultados de tres repeticiones biológicas independientes. A: C. glutamicum delta ald pEKEX3; B: Cepa de C. glutamicum delta ald que expresa Mdh2 (pVWEx1-Mdh2), Hps y Phi (pEKEX3 -Hps + Phi). PEP: fosfoenolpiruvato; 2/3 P: 2-y 3-fosfoglicerato; FBP: fructosa-bis-fosfato; R5P: ribosa-5-fosfato. Figura 10: Marcado metabólico utilizando 13C-metanol o 13C-formaldehído como sustrato. (A) Células ΔfrmA que expresan mdh2 y hps phi con 13C-metanol como fuente de carbono. (B) Células ΔfrmA que expresan hps y phi con 13C-formaldehído como fuente de carbono. Figura 11: Construcción del operón sintético. Se introduce cada gen consecutivo en os sitios de restricción SwaI/BglII. El último gen en el operón contiene el marcador His6. Para los experimentos con marcado por 13C (véase el Ejemplo 18) se utilizaron los plásmidos AMAhxlB-y AMABGFTPrpe-pHCMC04. RBS: sitio de unión al ribosoma. Figura 12: SDS-PAGE de las proteínas purificadas expresadas en B. subtilis 168. Se utilizaron cepas de B. subtilis que contenían una cualquiera de las construcciones que se muestran en la Figura 11. Las proteínas se purificaron utilizando una columna HisTrap y se concentraron utilizando columnas Vivaspin. Las bandas proteicas se indican en cuadros. M: marcador de peso molecular. (B) The determination of the optimum temperature conditions for catalysis by the MDH proteins of B. methanolicus PB1 was carried out in vitro: the specific activity was calculated in 500 mM ethanol; the measurements were made in triplicate. Figure 5: (A) The stability temperature of MGA3 Mdh, Mdh2 and Mdh3 was tested in vitro. The enzymes were incubated at 45 ° C or at 60 ° C before the enzymatic assay. (B) The stability temperature for Mdh, Mdh1 and Mdh2 of PB1 was tested in vitro. The enzymes were incubated at 45 ° C or at 60 ° C before the enzymatic assay. Figure 6: The catalytic activity of Mdh, Mdh2 and Mdh3 was tested in the presence of Act and compared with the level of activity measured when Act was not present. (A) The activation of MDH with Act of B. methanolicus MGA3 was tested in vitro. The assays were carried out in triplicate with 500 mM of alcohol and 5 µg / ml of MDH and Act proteins. (B) Activation of the MDH with Act of B. methanolicus PB1 in vitro. Triplicate assays were carried out with 500 mM of alcohol and 5 µg / ml of MDH and Act proteins. Figure 7. (A) Cloning strategies. (B) Physical map of the act-pHCMC04 plasmid. Figure 8. In vitro activities of recombinant strains of B. subtilis when tested using ethanol and methanol as substrates. Figure 9. Mass% of the isotopomeric fraction M1 of different metabolites before (i.e., the zero moment) and after (i.e. at time points of 30 and 90 minutes) of the addition of 13C-methanol. The three lines represent the results of three independent biological repeats. A: C. glutamicum delta ald pEKEX3; B: C. glutamicum delta ald strain expressing Mdh2 (pVWEx1-Mdh2), Hps and Phi (pEKEX3 -Hps + Phi). PEP: phosphoenolpyruvate; 2/3 P: 2-and 3-phosphoglycerate; FBP: fructose bis-phosphate; R5P: ribose-5-phosphate. Figure 10: Metabolic labeling using 13C-methanol or 13C-formaldehyde as substrate. (A) ΔfrmA cells expressing mdh2 and hps phi with 13C-methanol as a carbon source. (B) ΔfrmA cells expressing hps and phi with 13C-formaldehyde as a carbon source. Figure 11: Construction of the synthetic operon. Each consecutive gene is introduced at the SwaI / BglII restriction sites. The last gene in the operon contains the His6 marker. For experiments with 13C labeling (see Example 18), plasmids AMAhxlB- and AMABGFTPrpe-pHCMC04 were used. RBS: ribosome binding site. Figure 12: SDS-PAGE of the purified proteins expressed in B. subtilis 168. Strains of B. subtilis containing any one of the constructs shown in Figure 11 were used. The proteins were purified using a HisTrap column and concentrated. using Vivaspin columns. Protein bands are indicated in tables. M: molecular weight marker.

Figura 13: % de masa de la fracción isotopomérica M1 de diferentes metabolitos (es decir en el momento cero) y después (es decir, en los puntos de tiempo de 30 y 90 minutos) de la adición de 13C-metanol. Las dos líneas representan los resultados de dos repeticiones biológicas independientes. (A): B. subtilis 168 pHCMC04; (B): B. subtilis 168 AM3AhxlB-pHCMC04; (C): B. subtilis 168 AM3ABGFTPrpe-pHCMC04. PEP: fosfoenolpiruvato; 2/3 PG: 2-y 3-fosfoglicerato; FBP: fructosa-bis-fosfato. Figure 13:% of mass of the isotopomeric fraction M1 of different metabolites (ie at the zero moment) and then (that is, at the time points of 30 and 90 minutes) of the addition of 13C-methanol. The two lines represent the results of two independent biological repeats. (A): B. subtilis 168 pHCMC04; (B): B. subtilis 168 AM3AhxlB-pHCMC04; (C): B. subtilis 168 AM3ABGFTPrpe-pHCMC04. PEP: phosphoenolpyruvate; 2/3 PG: 2-and 3-phosphoglycerate; FBP: fructose-bis-phosphate.

Ejemplos Examples

Tabla 1: Cepas bacterianas y plásmidos utilizados en el presente estudio Table 1: Bacterial strains and plasmids used in the present study

Cepa oplásmido Oplásmido strain
Descripción Referencia(s) o fuente Description Reference (s) or source

B. methanolicus MGA3 B. methanolicus MGA3
Cepa de tipo silvestre ATCC53907 ATCC ATCC53907 wild type strain ATCC

B. methanolicus PB1 B. methanolicus PB1
Cepa de tipo silvestre ATCC ATCC ATCC wild type strain ATCC

E. coli DH5α E. coli DH5α
Huésped de clonación general Bethesda Research Laboratories General Cloning Guest Bethesda Research Laboratories

E. coli ER2566 E. coli ER2566
Alberga el gen cromosómico para la T7 ARN polimerasa New England Biolabs It houses the chromosomal gene for T7 RNA polymerase New England Biolabs

pHP13 pHP13
Vector lanzadera de E. coli-B. methanolicus, Cmr (Haima, Bron y col. (1987) Mol Gen Genet 209(2): 335-342; Jakobsen, Benichou y col. (2006) J Bacteriol 188(8): 30633072) E. coli-B shuttle vector. methanolicus, Cmr (Haima, Bron et al. (1987) Mol Gen Genet 209 (2): 335-342; Jakobsen, Benichou et al. (2006) J Bacteriol 188 (8): 30633072)

pGEM-T pGEM-T
Vector de clonación de E. coli ; Ampr Promega E. coli cloning vector; Ampr Promise

pLITMUS28 pLITMUS28
Vector de clonación de E. coli ; Ampr Promega E. coli cloning vector; Ampr Promise

pET21a pET21a
Vector de expresión de E. coli, marcador seis-His, promotor T7, Ampr Novagen E. coli expression vector, six-His marker, T7 promoter, Ampr Novagen

pTMB1 pTMB1
pLITMUS28 con el gen mdh2 de MGA3 Este estudio pLITMUS28 with the mdh2 gene of MGA3 This studio

pTMB2 pTMB2
pLITMUS28 con el gen mdh3 de MGA3 Este estudio pLITMUS28 with the mdh3 gene of MGA3 This studio

pET21a_MGA3mdh pET21a_MGA3mdh
pET21a con la región codificante mdh de MGA3 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the mdh coding region of MGA3 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_MGA3mdh2 pET21a_MGA3mdh2
pET21a con la región codificante mdh2 de MGA3 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the mdh2 coding region of MGA3 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_MGA3mdh3 pET21a_MGA3mdh3
pET21a con la región codificante mdh3 de MGA3 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the mdh3 coding region of MGA3 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_MGA3act pET21a_MGA3act
pET21a con la región codificante act de MGA3 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the MGA3 act coding region under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_PB1mdh pET21a_PB1mdh
pET21a con la región codificante mdh de PB1 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the mdh coding region of PB1 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_PB1mdh1 pET21a_PB1mdh1
pET21a con la región codificante mdh1 de PB1 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the mdh1 coding region of PB1 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_PB1mdh2 pET21a_PB1mdh2
pET21a con la región codificante mdh2 de PB1 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the mdh2 coding region of PB1 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a_PB1act pET21a_PB1act
pET21a con la región codificante act de PB1 bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the act coding region of PB1 under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

pET21a-nudF pET21a-nudF
pET21a con la región codificante nudF de B. subtilis bajo el control de T7 y fusionado al marcador seis-His Este estudio pET21a with the nudF coding region of B. subtilis under the control of T7 and fused to the six-His marker This studio

B. subtilis 168 B. subtilis 168
Cepa de tipo silvestre 168 Kunst y col. (1997) Nature 390: 249-256 Wild type strain 168 Kunst et al. (1997) Nature 390: 249-256

(continuación) (continuation)

Cepa oplásmido Oplásmido strain
Descripción Referencia(s) o fuente Description Reference (s) or source

pHB201 pHB201
Vector lanzadera E. coli-B. subtilis, Cmr, Emr Bron y col. (1998) J Biotech 64: 3-13 Shuttle vector E. coli-B. Subtilis, Cmr, Emr Bron et al. (1998) J Biotech 64: 3-13

pHCMC04 pHCMC04
Vector lanzadera E. coli-B. subtilis, Cmr Nguyen y col. (2005) Plasmid 54: 241-248 Shuttle vector E. coli-B. subtilis, Cmr Nguyen et al. (2005) Plasmid 54: 241-248

act-pHCMC04 act-pHCMC04
pHCMC04 con el gen codificante act de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the act coding gene of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose inducible promoter and fused to the six-His marker This studio

mdh-pHCMC04 mdh-pHCMC04
pHCMC04 con el gen codificante mdh de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the mdh coding gene of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose inducible promoter and fused to the six-His marker This studio

mdh2pHCMC04 mdh2pHCMC04
pHCMC04 con el gen codificante mdh2 de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the mdh2 coding gene of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose inducible promoter and fused to the six-His marker This studio

mdh3pHCMC04 mdh3pHCMC04
pHCMC04 con el gen codificante mdh3 de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the mdh3 coding gene of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose inducible promoter and fused to the six-His marker This studio

AmdhpHCMC04 AmdhpHCMC04
pHCMC04 con los genes codificantse act y mdh de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y mdh fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the coding act and mdh genes of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose and mdh inducible promoter fused to the six-His marker This studio

Amdh2pHCMC04 Amdh2pHCMC04
pHCMC04 con los genes codificantse act y mdh2 de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y mdh2 fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the coding act and mdh2 genes of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose and mdh2 inducible promoter fused to the six-His marker This studio

Amdh3pHCMC04 Amdh3pHCMC04
pHCMC04 con los genes codificantse act y mdh3 de B. methanolicus MGA3 bajo el control del promotor inducible por xilosa y mdh3 fusionado al marcador seis-His Este estudio pHCMC04 with the coding act and mdh3 genes of B. methanolicus MGA3 under the control of the xylose and mdh3 inducible promoter fused to the six-His marker This studio

Ampr, resistencia a la ampicilina; Cmr, resistencia a cloranfenicol Ampr, ampicillin resistance; Cmr, chloramphenicol resistance

Materiales y procedimientos Materials and procedures

Materiales biológicos, modificación de ADN, y condiciones de cultivo Biological materials, DNA modification, and culture conditions

5 Las cepas bacterianas y plásmidos que se utilizan en este estudio se han enumerado en la Tabla 1. Se utilizó la E. coli DH5α como un huésped de clonación convencional mientras que se utilizó la E. coli ER2566 como huésped para la expresión recombinante de proteínas MDH, Act y NudF. Las cepas de E. coli se cultivaron en general a 37 ºC en medio de Luria-Bertani (LB) líquido o sólido (Sambrook (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press) suplementado con ampicilina (100 µg/ml) o cloranfenicol (10 µg/ml) cuando era apropiado. Los procedimientos en E. coli 5 The bacterial strains and plasmids used in this study have been listed in Table 1. E. coli DH5α was used as a conventional cloning host while E. coli ER2566 was used as a host for recombinant protein expression MDH, Act and NudF. E. coli strains were generally grown at 37 ° C in liquid or solid Luria-Bertani (LB) medium (Sambrook (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press) supplemented with ampicillin (100 µg / ml) or chloramphenicol (10 µg / ml) when appropriate. The procedures in E. coli

10 recombinante se llevaron a cabo como se ha descrito por Sambrook y Russell (2001; Cold Spring Harbor Laboratory Press). Se llevaron a cabo las PCR utilizando el sistema de PCR Expand High Fidelity (Roche Applied Science, Indianapolis, IN) y la secuenciación de ADN se llevó a cabo por Eurofins MWG Operon (Ebersberg, Alemania, www.eurofinsd-na.com). El aislamiento del ADN total de B. methanolicus MGA3 y PB1 y la producción recombinante de proteínas MDH, Act y NudF en E. coli ER2566 se llevó a cabo como se había descrito anteriormente (Brautaset y 10 recombinants were carried out as described by Sambrook and Russell (2001; Cold Spring Harbor Laboratory Press). PCR were carried out using the Expand High Fidelity PCR system (Roche Applied Science, Indianapolis, IN) and DNA sequencing was carried out by Eurofins MWG Operon (Ebersberg, Germany, www.eurofinsd-na.com). The isolation of the total DNA of B. methanolicus MGA3 and PB1 and the recombinant production of MDH, Act and NudF proteins in E. coli ER2566 was carried out as described previously (Brautaset and

15 col., (2004) J Bacteriol 186(5): 1229-1238; Brautaset y col., (2010) Appl Microbiol Biotechnol 87(3): 951-964). La transformación de B. methanolicus MGA3 se llevó a cabo por electroporación Jakobsen y col., (2006) J Bacteriol 188(8): 3063-3072). Las células de B. methanolicus se cultivaron a 50 ºC en 100 ml de medio MeOH200, que contenía 200 mM de metanol, en medio Mann10 que contenía 10 g/litro de manitol, o medio SOBsuc (Jakobsen y col., (2006) J Bacteriol 188(8): 3063-3072), y se añadió cloranfenicol (5 µg/ml) si era apropiado. 15 col., (2004) J Bacteriol 186 (5): 1229-1238; Brautaset et al., (2010) Appl Microbiol Biotechnol 87 (3): 951-964). The transformation of B. methanolicus MGA3 was carried out by electroporation Jakobsen et al. (2006) J Bacteriol 188 (8): 3063-3072). B. methanolicus cells were grown at 50 ° C in 100 ml of MeOH200 medium, containing 200 mM methanol, in Mann10 medium containing 10 g / liter of mannitol, or SOBsuc medium (Jakobsen et al. (2006) J Bacteriol 188 (8): 3063-3072), and chloramphenicol (5 µg / ml) was added if appropriate.

20 Construcción de vectores de expresión 20 Construction of expression vectors

pET21a_mdh-MGA3, pET21a_mdh2-MGA3, pET21a_mdh3-MGA3 y pET21a_act-MGA3: pET21a_mdh-MGA3, pET21a_mdh2-MGA3, pET21a_mdh3-MGA3 and pET21a_act-MGA3:

10 10

15 fifteen

20 twenty

25 25

30 30

35 35

40 40

45 Four. Five

50 fifty

Debido a la alta similitud de secuencia entre las regiones codificantes mdh2 y mdh3 de MGA3, se diseñaron cebadores para la amplificación por PCR y la clonación concomitante basándose en secuencias únicas que representan las regiones que rodean los genes respectivos, y son los siguientes: Due to the high sequence similarity between the mdh2 and mdh3 coding regions of MGA3, primers were designed for PCR amplification and concomitant cloning based on unique sequences representing the regions surrounding the respective genes, and are as follows:

con16_rev: 5’-AACCATGGATGAGGAGGATGTTTGTATGAC-3’ (SEQ ID NO: 13) y con18_rev: 5’-AACCATGGCAAACAAAGGGGATGTATGTATG-3’ (SEQ ID NO: 14); con41_rev: 5’-AGGATCCCCTCCGTTTTGTCGTATTAC-3’ (SEQ ID NO: 15) y con43_rev: 5’-TGGATCCTCTTCGTCTTTGGCGAATTAC-3’ (SEQ ID NO: 16). con16_rev: 5’-AACCATGGATGAGGAGGATGTTTGTATGAC-3 ’(SEQ ID NO: 13) and con18_rev: 5’-AACCATGGCAAACAAAGGGGATGTATGTATG-3’ (SEQ ID NO: 14); con41_rev: 5’-AGGATCCCCTCCGTTTTGTCGTATTAC-3 ’(SEQ ID NO: 15) and con43_rev: 5’-TGGATCCTCTTCGTCTTTGGCGAATTAC-3’ (SEQ ID NO: 16).

Se digirieron los respectivos fragmentos de ADN con NcoI + BamHI (los sitios de reconocimiento están subrayados en las secuencias de cebador), y se ligaron en los sitios correspondientes de pLITMUS28 resultando en el plásmido, pTMB1 que alberga mdh2 y pTMB2 que alberga mdh3. Los genes de MDH clonados en ambos plásmidos se secuenciaron entonces. A continuación, las regiones codificantes de mdh y act se amplificaron por PCR a partir del ADN total de B. methanolicus MGA3, y las regiones codificantes de mdh2 y mdh3 se amplificaron por PCR a partir de los plásmidos pTMB1 y pTMB2, respectivamente, utilizando los pares de cebadores de PCR siguientes: The respective DNA fragments were digested with NcoI + BamHI (recognition sites are underlined in the primer sequences), and ligated into the corresponding sites of pLITMUS28 resulting in the plasmid, pTMB1 that hosts mdh2 and pTMB2 that hosts mdh3. The MDH genes cloned in both plasmids were then sequenced. Next, the coding regions of mdh and act were amplified by PCR from the total DNA of B. methanolicus MGA3, and the coding regions of mdh2 and mdh3 were amplified by PCR from plasmids pTMB1 and pTMB2, respectively, using the following PCR primer pairs:

mdh_fwd-MGA3: 5’-CATATGACAACAAACTTTTTCATTCC-3’ (SEQ ID NO: 17) y mdh_rev-MGA3: 5’-CTCGAGCATAGCGTTTTTGATGATTTGTG-3’ (SEQ ID NO: 18); mdh2_fwd-MGA3: 5’-CATATGACAAACACTCAAAGTGC-3’ (SEQ ID NO: 19) y mdh2_rev-MGA3: 5’-CTCGAGCATCGCATTTTTAATAATTTGG-3’ (SEQ ID NO: 20); mdh3_fwd-MGA3: 5’-CATATGAAAAACACTCAAAGTGCATTTTAC-3’ (SEQ ID NO: 21) y mdh_rev-MGA3: 5’-CTCGAGCATAGCGTTTTTGATGATTTGTG-3’ (SEQ ID NO: 22); act_fwd-MGA3: 5’-AAACATATGGGAAAATTATTTGAGG-3’ (SEQ ID NO: 23) y act_rev-MGA3: 5’-AAACTCGAGTTTATTTTTGAGAGCCTCTTG-3’ (SEQ ID NO: 24); mdh_fwd-MGA3: 5’-CATATGACAACAAACTTTTTCATTCC-3 ’(SEQ ID NO: 17) and mdh_rev-MGA3: 5’-CTCGAGCATAGCGTTTTTGATGATTTGTG-3’ (SEQ ID NO: 18); mdh2_fwd-MGA3: 5’-CATATGACAAACACTCAAAGTGC-3 ’(SEQ ID NO: 19) and mdh2_rev-MGA3: 5’-CTCGAGCATCGCATTTTTAATAATTTGG-3’ (SEQ ID NO: 20); mdh3_fwd-MGA3: 5’-CATATGAAAAACACTCAAAGTGCATTTTAC-3 ’(SEQ ID NO: 21) and mdh_rev-MGA3: 5’-CTCGAGCATAGCGTTTTTGATGATTTGTG-3’ (SEQ ID NO: 22); act_fwd-MGA3: 5’-AAACATATGGGAAAATTATTTGAGG-3 ’(SEQ ID NO: 23) and act_rev-MGA3: 5’-AAACTCGAGTTTATTTTTGAGAGCCTCTTG-3’ (SEQ ID NO: 24);

Se subrayan en los cebadores directos e inversos los sitios de restricción para NdeI y XhoI, respectivamente. Los productos de la PCR resultantes mdh-MGA3 (1149 pb), mdh2-MGA3 (1163 pb), mdh3-MGA3 (1165 pb) y act-MGA3 (570 pb) se unieron A/T directamente en el vector de clonación general pGEM-T, y las inserciones clonadas respectivas se verificaron por secuenciación de ADN. Los vectores resultantes se digirieron entonces con XhoI y NdeI y las inserciones se ligaron en los sitios correspondientes en fase con la secuencia del marcador de seis-His del plásmido pET21a para dar lugar a los plásmidos pET21a_mdh-MGA3, pET21a_mdh2-MGA3, pET21a_mdh3-MGA3, y pET21a_act-MGA3, respectivamente. The restriction sites for NdeI and XhoI, respectively, are underlined in the direct and inverse primers. The resulting PCR products mdh-MGA3 (1149 bp), mdh2-MGA3 (1163 bp), mdh3-MGA3 (1165 bp) and act-MGA3 (570 bp) joined A / T directly into the general cloning vector pGEM -T, and the respective cloned inserts were verified by DNA sequencing. The resulting vectors were then digested with XhoI and NdeI and the inserts were ligated at the corresponding sites in phase with the sequence of the six-His marker of plasmid pET21a to give rise to plasmids pET21a_mdh-MGA3, pET21a_mdh2-MGA3, pET21a_mdh3-MGA3 , and pET21a_act-MGA3, respectively.

pET21a_mdh-PB1, pET21a_mdh1-PB1, pET21a_mdh2-PB1, y pET21a_act-PB1: pET21a_mdh-PB1, pET21a_mdh1-PB1, pET21a_mdh2-PB1, and pET21a_act-PB1:

Las regiones codificantes de los genes mdh-PB1, mdh1-PB1 y mdh2-PB1 se amplificaron por PCR a partir del ADN total de PB1 utilizando los siguientes pares de cebadores: The coding regions of the mdh-PB1, mdh1-PB1 and mdh2-PB1 genes were amplified by PCR from the total DNA of PB1 using the following primer pairs:

mdh_fwd-PB1: 5’-ATACATATGACGCAAAGAAACTTTTTCATTC-3’ (SEQ ID NO: 25) y mdh_rev-PB1: 5’-ATACTCGAGCAGAGCGTTTTTGATGATTTG-3’ (SEQ ID NO: 26); mdh1_fwd-PB1: 5’-ATACATATGACTAAAACAAAATTTTTCATTC-3’ (SEQ ID NO: 27) y mdh_rev-PB1 (véase anteriormente); mdh2_fwd-PB1: 5’-ATACATATGACAAACACTCAAAGTATATTTTAC-3’ (SEQ ID NO: 28) y mdh2_rev-PB1: 5’-ATACTCGAGCATAGCATTTTTAATAATTTGTATAAC-3’ (SEQ ID NO: 29) mdh_fwd-PB1: 5’-ATACATATGACGCAAAGAAACTTTTTCATTC-3 ’(SEQ ID NO: 25) and mdh_rev-PB1: 5’-ATACTCGAGCAGAGCGTTTTTGATGATTTG-3’ (SEQ ID NO: 26); mdh1_fwd-PB1: 5’-ATACATATGACTAAAACAAAATTTTTCATTC-3 ’(SEQ ID NO: 27) and mdh_rev-PB1 (see above); mdh2_fwd-PB1: 5’-ATACATATGACAAACACTCAAAGTATATTTTAC-3 ’(SEQ ID NO: 28) and mdh2_rev-PB1: 5’-ATACTCGAGCATAGCATTTTTAATAATTTGTATAAC-3’ (SEQ ID NO: 29)

Los tres productos de la PCR resultante mdh-PB1 (1164 pb), mdh1-PB1 (1164 pb) y mdh2-PB1 (1170 pb) se ligaron A/T en el plásmido pGEM-T. Los plásmidos resultantes se digirieron con XhoI y NdeI (los sitios de restricción están subrayados en los cebadores) y se ligaron en los sitios correspondientes del plásmido pET21a, dando lugar a los plásmidos pET21a_mdh-PB1, pET21a_mdh1-PB1, y pET21a_mdh2-PB1, respectivamente. La región codificante act-PB1 se amplificó a partir del ADN total de PB1 utilizando el par de cebadores: The three products of the resulting PCR mdh-PB1 (1164 bp), mdh1-PB1 (1164 bp) and mdh2-PB1 (1170 bp) were ligated A / T into plasmid pGEM-T. The resulting plasmids were digested with XhoI and NdeI (restriction sites are underlined in the primers) and ligated into the corresponding sites of plasmid pET21a, giving rise to plasmids pET21a_mdh-PB1, pET21a_mdh1-PB1, and pET21a_mdh2-PB1, respectively . The act-PB1 coding region was amplified from total PB1 DNA using the pair of primers:

act_frw-PB1: 5’-TTTTCATATGGGAAAATTATTTGAGGAAA-3’ (SEQ ID NO: 30) y act_rev-PB1: 5’-TTTTCTCGAGTTTATTTTTGAGAGCCTCTTG-3’ (SEQ ID NO: 31). act_frw-PB1: 5’-TTTTCATATGGGAAAATTATTTGAGGAAA-3 ’(SEQ ID NO: 30) and act_rev-PB1: 5’-TTTTCTCGAGTTTATTTTTGAGAGCCTCTTG-3’ (SEQ ID NO: 31).

El producto de la PCR act-PB1 se digirió con NdeI y XhoI (los sitios de restricción están subrayados en los cebadores) y se ligaron en los sitios correspondientes del pET21a, dando como resultado el plásmido pET21a_act-PB1. The act-PB1 PCR product was digested with NdeI and XhoI (restriction sites are underlined in the primers) and ligated into the corresponding sites of pET21a, resulting in plasmid pET21a_act-PB1.

pET21a_nudF: pET21a_nudF:

La región codificante nudF se amplificó por PCR a partir del ADN total de B. subtilis utilizando el siguiente par de cebadores: The nudF coding region was amplified by PCR from the total B. subtilis DNA using the following pair of primers:

nudF-fwd: 5’-TTTTCATATGAAATCATTAGAAGAAAAAACAATTG-3’ (SEQ ID NO: 32) y nudF-rev: 5’-TTTTCTCGAGTTTTTGTGCTTGGAGCGCTT-3’ (SEQ ID NO: 33). nudF-fwd: 5’-TTTTCATATGAAATCATTAGAAGAAAAAACAATTG-3 ’(SEQ ID NO: 32) and nudF-rev: 5’-TTTTCTCGAGTTTTTGTGCTTGGAGCGCTT-3’ (SEQ ID NO: 33).

El producto de la PCR resultante (572 pb) se ligó A/T en el pGEM-T y la inserción clonada se verificó por secuenciación de ADN. El vector resultante se digirió con XhoI y NdeI (los sitios de restricción están subrayados en The resulting PCR product (572 bp) was ligated A / T into pGEM-T and the cloned insert was verified by DNA sequencing. The resulting vector was digested with XhoI and NdeI (restriction sites are underlined in

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mdh2-MGA3 fwd: 5’-GGATACATGTCAAACACTCAAAGTGC-3’ (SEQ ID NO: 36) y mdh2-MGA3 fwd: 5’-GGATACATGTCAAACACTCAAAGTGC-3 ’(SEQ ID NO: 36) and

mdh2-MGA3 rev: 5’-TCTAGACACCATCGCATTTTTAATAATTTGG-3’ (SEQ ID NO: 37); mdh2-MGA3 rev: 5’-TCTAGACACCATCGCATTTTTAATAATTTGG-3 ’(SEQ ID NO: 37);

mdh3-MGA3 fwd: 5’-GGATACATGTAAAACACTCAAAGTGC-3’ (SEQ ID NO: 38) y mdh3-MGA3 fwd: 5’-GGATACATGTAAAACACTCAAAGTGC-3 ’(SEQ ID NO: 38) and

mdh3-MGA3 rev: 5’-TCTAGACACCATAGCATTTTTAATAATTTGGATG-3’ (SEQ ID NO: 39); mdh3-MGA3 rev: 5’-TCTAGACACCATAGCATTTTTAATAATTTGGATG-3 ’(SEQ ID NO: 39);

mdh-PB1 fwd: 5’-TCCACCAGCTAGCGTAATTGG-3’ (SEQ ID NO: 40) y mdh-PB1 fwd: 5’-TCCACCAGCTAGCGTAATTGG-3 ’(SEQ ID NO: 40) and

mdh-PB1 rev: 5’-AACCTGTGCCATGAAGAAATGC-3’ (SEQ ID NO: 41); mdh-PB1 rev: 5’-AACCTGTGCCATGAAGAAATGC-3 ’(SEQ ID NO: 41);

mdh1-PB1 fwd: 5’-TCCATCATCCACTGTATTTGG-3’ (SEQ ID NO: 42) y mdh1-PB1 fwd: 5’-TCCATCATCCACTGTATTTGG-3 ’(SEQ ID NO: 42) and

mdh1-PB1 rev: 5’-ACCTGTGCTGTGAAGGAATGC-3’ (SEQ ID NO: 43); mdh1-PB1 rev: 5’-ACCTGTGCTGTGAAGGAATGC-3 ’(SEQ ID NO: 43);

mdh2-PB1 fwd: 5’-CGTGAAGCTGGTGTGGAAGTATT-3’ (SEQ ID NO: 44) y mdh2-PB1 fwd: 5’-CGTGAAGCTGGTGTGGAAGTATT-3 ’(SEQ ID NO: 44) and

mdh2-PB1 rev: 5’-TCCAAACCTTCTGCGACGTT-3’ (SEQ ID NO: 45). mdh2-PB1 rev: 5’-TCCAAACCTTCTGCGACGTT-3 ’(SEQ ID NO: 45).

Con respecto a la cuantificación de los genes en cuestión se llevó a cabo normalizando los resultados, con respecto a ARN 16s (control endógeno) y una muestra de calibración, utilizando un procedimiento Ct comparativo (procedimiento 2-ΔΔCt) como se había descrito previamente (Heid, Stevens y col. (1996) Genome Res 6(10): 986994; Jakobsen, Benichou y col. (2006) J Bacteriol 188(8): 3063-3072; Brautaset, Jakobsen y col. (2010) Appl Microbiol Biotechnol 87(3): 951-964). Las diferencias relativas en los niveles de trascripción de los tres genes se determinaron calculando los valores de ΔCT que se dan de la siguiente manera: mdh2 (Ct mdh2-Ct mdh) y el valor ΔCT de mdh3 (Ct mdh3-Ct mdh). La eficacia del cebador de los tres genes se ensayó antes de llevarse a cabo los otros experimentos. With respect to the quantification of the genes in question, it was carried out by normalizing the results, with respect to 16s RNA (endogenous control) and a calibration sample, using a comparative Ct procedure (2-ΔΔCt procedure) as previously described ( Heid, Stevens et al. (1996) Genome Res 6 (10): 986994; Jakobsen, Benichou et al. (2006) J Bacteriol 188 (8): 3063-3072; Brautaset, Jakobsen et al. (2010) Appl Microbiol Biotechnol 87 (3): 951-964). The relative differences in the levels of transcription of the three genes were determined by calculating the ΔCT values given as follows: mdh2 (Ct mdh2-Ct mdh) and the ΔCT value of mdh3 (Ct mdh3-Ct mdh). The efficiency of the primer of the three genes was tested before the other experiments were carried out.

Modelo en 3D de las proteínas MDH deducidas 3D model of deduced MDH proteins

Se hicieron modelos estructurales de proteínas Mdh y Mdh2 de MGA3 utilizando el servidor de modelo-homología estructural proteica totalmente automático SWISS-MODELO (http://swissmodel.expasy.org/) (Peitsch (1995) Bio-Technology 13(7): 658-660; Arnold, Bordoli y col. (2006) Bioinformatics 22(2): 195-201; Kiefer, Arnold y col. (2009) Nucleic Acids Res 37(Database issue): D387-392). Debido a la alta homología entre las estructuras primarias deducidas de las proteínas Mdh2 y Mdh3 de MGA3, no se realizó ninguna búsqueda de modelo para Mdh3. Las búsquedas blast con huecos (Altschul y col (1997) J Mol Biol 215(3): 403-410; Schäffer y col. (2001) Nucleic Acids Res. 29(14): 2994-3005) daban como resultado 9 éxitos de matriz comunes con valores de E que variaban de 1·e-98 (pdb: 3 bfj, 1,3-propanodiol oxidorreductasa) a 1·e-17 (pdb: 1oj7, E. coli K12 YQHD) para Mdh y desde 1·e-112 (pdb: 3bfj) hasta 2·e-14 (pdb: 1oj7) para Mdh2. Los alineamientos 3D de los archivos de matriz utilizando vista Deep/visor Swiss pdb (Guex y Peitsch (1997) Electrophoresis 18(15): 2714-2723) mostraban que tenían todas plegamientos muy similares y los modelos estructurales basados en la matriz 3 bfj, que tenía la mayor puntuación de similitud de aminoácidos tanto para Mdh y Mdh2, se escogieron parar representar Mdh y Mdh2. La vista Deep/visor Swiss pdb también se utilizó para visualizar los modelos estructurales de las MDH. Structural models of Mdh and Mdh2 proteins of MGA3 were made using the fully automatic protein structural model-homology server SWISS-MODEL (http://swissmodel.expasy.org/) (Peitsch (1995) Bio-Technology 13 (7): 658-660; Arnold, Bordoli et al. (2006) Bioinformatics 22 (2): 195-201; Kiefer, Arnold et al. (2009) Nucleic Acids Res 37 (Database issue): D387-392). Due to the high homology between the primary structures deduced from the Mdh2 and Mdh3 proteins of MGA3, no model search for Mdh3 was performed. Blast searches with gaps (Altschul et al (1997) J Mol Biol 215 (3): 403-410; Schäffer et al. (2001) Nucleic Acids Res. 29 (14): 2994-3005) resulted in 9 successes of Common matrix with E values ranging from 1 · e-98 (pdb: 3 bfj, 1,3-propanediol oxidoreductase) to 1 · e-17 (pdb: 1oj7, E. coli K12 YQHD) for Mdh and from 1 · e-112 (pdb: 3bfj) up to 2 · e-14 (pdb: 1oj7) for Mdh2. The 3D alignments of the matrix files using Deep view / Swiss pdb viewer (Guex and Peitsch (1997) Electrophoresis 18 (15): 2714-2723) showed that they had all very similar folds and structural models based on the 3 bfj matrix, Having the highest amino acid similarity score for both Mdh and Mdh2, they were chosen to represent Mdh and Mdh2. The Deep view / Swiss PDB viewer was also used to visualize the structural models of the MDH.

Ejemplo 1: Organización genética de metanol deshidrogenasas y genes activadores de proteínas en las cepas de B. methanolicus de tipo silvestre MGA3 y PB1 Example 1: Genetic organization of methanol dehydrogenases and protein activating genes in strains of wild type B. methanolicus MGA3 and PB1

La exploración in silico de la secuencia genómica del B. methanolicus MGA3 (Heggeset y col., 2011) identificó mdh codificada por el plásmido pBM19, denotado en el presente documento como mdh-MGA3, y dos más supuestos genes codificantes de MDH en el genoma de MGA3, denotados en el presente documento como mdh2-MGA3 y mdh3-MGA3, localizados a distancia en el cromosoma. Las secuencias codificantes mdh2-MGA3 y mdh3-MGA3 eran un 96 % idénticas entre ellas y un 65 % y 66 % idénticas, respectivamente a la secuencia codificante mdh-MGA3. El alineamiento de las secuencias primarias de los polipéptidos deducidos Mdh2-MGA3 y Mdh3-MGA3 revelaban que eran un 96 % idénticas entre ellas, y un 61 % y 62 % idénticas, respectivamente, a Mdh-MGA3 (Figura 2). The in silico exploration of the genomic sequence of B. methanolicus MGA3 (Heggeset et al., 2011) identified mdh encoded by plasmid pBM19, denoted herein as mdh-MGA3, and two more supposed MDH coding genes in the genome of MGA3, denoted herein as mdh2-MGA3 and mdh3-MGA3, located remotely on the chromosome. The coding sequences mdh2-MGA3 and mdh3-MGA3 were 96% identical to each other and 65% and 66% identical, respectively to the coding sequence mdh-MGA3. Alignment of the primary sequences of the deduced polypeptides Mdh2-MGA3 and Mdh3-MGA3 revealed that they were 96% identical to each other, and 61% and 62% identical, respectively, to Mdh-MGA3 (Figure 2).

Los inventores han obtenido resultados de fermentación semi-continua en metanol que demuestran que las dos cepas de B. methanolicus de tipo silvestre MGA3 y PB1 son sustancialmente diferentes con respecto a las propiedades metilotróficas. La inspección de la secuencia genómica de PB1 confirma la presencia de tres genes que codifican MDH diferentes y un gen act, análogo a MGA3. El gen mdh-PB1 que se localiza en el plásmido pBM20 era un 92 % idéntico al gen mdh-MGA3 de la MGA3 y los productos genéticos respectivos presentaban un 93 % de identidad de secuencia primaria (Figura 2). Al contrario que con MGA3, las secuencias de los dos genes cromosómicos de PB1, denotados como mdh1-PB1 y mdh2-PB1, no eran muy similares. El gen mdh1-PB1 codifica una supuesta proteína Mdh1 con un 92 % de identidad de secuencia primaria con la Proteína Mdh de MGA3 mientras que el mdh2-PB1 codifica una supuesta proteína Mdh2 con un 91 % y 92 % de identidad de secuencia primaria respecto a las proteínas Mdh2 y Mdh3 de MGA3, respectivamente. Basándose en estos análisis de secuencia, parece como si MGA3 y PB1 posean dos subtipos de genes codificantes de MDH; el tipo “mdh/mdh1” y el tipo “mdh2/mdh3”. La cepa MGA3 tiene solo un gen tipo mdh/mdh1 (pBM19) y dos genes tipo mdh2/mdh3 (cromosoma), mientras que la cepa PB1 tiene dos genes tipo mdh/mdh1 (pBM20 y cromosoma) y un gen tipo mdh/mdh3 (cromosoma). El impacto biológico de estas diferentes se investigó adicionalmente posteriormente. The inventors have obtained semi-continuous fermentation results in methanol that demonstrate that the two strains of wild-type B. methanolicus MGA3 and PB1 are substantially different with respect to methylotrophic properties. Inspection of the genomic sequence of PB1 confirms the presence of three genes encoding different MDH and one act gene, analogous to MGA3. The mdh-PB1 gene that is located in plasmid pBM20 was 92% identical to the mdh-MGA3 gene of MGA3 and the respective genetic products had 93% primary sequence identity (Figure 2). In contrast to MGA3, the sequences of the two chromosomal genes of PB1, denoted as mdh1-PB1 and mdh2-PB1, were not very similar. The mdh1-PB1 gene encodes an alleged Mdh1 protein with 92% primary sequence identity with the Mdh Protein of MGA3 while the mdh2-PB1 encodes an alleged Mdh2 protein with 91% and 92% primary sequence identity with respect to Mdh2 and Mdh3 proteins of MGA3, respectively. Based on these sequence analyzes, it seems as if MGA3 and PB1 possess two subtypes of MDH coding genes; the type "mdh / mdh1" and the type "mdh2 / mdh3". The MGA3 strain has only one mdh / mdh1 type gene (pBM19) and two mdh2 / mdh3 type genes (chromosome), while strain PB1 has two mdh / mdh1 type genes (pBM20 and chromosome) and one mdh / mdh3 type gene ( chromosome). The biological impact of these different was investigated further later.

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Ejemplo 12: Las MDH en general tienen valores de Vmáx mayores y valores de Km menores para el formaldehído en comparación con el metanol Example 12: MDHs in general have higher Vmax values and lower Km values for formaldehyde compared to methanol

La significación biológica de MDH para la oxidación del metanol durante el crecimiento metilotrófico no es ambigua, mientras que el papel biológico de esta enzima como un sistema de detoxicación del formaldehído en las células que consumen metanol está menos investigado. Se demostró aquí que todas las enzimas presentaban ambas actividades formaldehído y acetaldehído reductasa (véase anteriormente), y los inventores escogieron para caracterizar esta propiedad cinéticamente. Utilizando el formaldehído como sustrato los valores de Km son 1 mM, 5 mM y 15 mM y los valores correspondientes de Vmáx eran 1,4 U/mg, 1,5 U/mg y 5 U/mg para las proteínas Mdh, Mdh2 y Mdh3 de MGA3, respectivamente (Tabla 2). Para las proteínas de PB1 los valores de Km para el formaldehído eran 2,5 mM, 4 mM y 1,3 mM, respectivamente, y los valores de Vmáx correspondientes eran 0,45 U/mg, 0,53 U/mg y 1,12 U/mg, respectivamente. En conjunto estos resultados muestran que las seis MDH en general tienen una afinidad mayor y una Vmáx mayor cuando el formaldehído es el sustrato, en comparación con cuando el metanol es el sustrato. The biological significance of MDH for the oxidation of methanol during methylotrophic growth is not ambiguous, while the biological role of this enzyme as a formaldehyde detoxification system in cells that consume methanol is less investigated. It was shown here that all enzymes exhibited both formaldehyde and acetaldehyde reductase activities (see above), and the inventors chose to characterize this property kinetically. Using formaldehyde as substrate, the Km values are 1 mM, 5 mM and 15 mM and the corresponding Vmax values were 1.4 U / mg, 1.5 U / mg and 5 U / mg for the Mdh, Mdh2 and Mdh3 of MGA3, respectively (Table 2). For PB1 proteins, the Km values for formaldehyde were 2.5 mM, 4 mM and 1.3 mM, respectively, and the corresponding Vmax values were 0.45 U / mg, 0.53 U / mg and 1 , 12 U / mg, respectively. Together these results show that the six MDHs in general have a higher affinity and a higher Vmax when formaldehyde is the substrate, compared to when methanol is the substrate.

Ejemplo 13: Los tres genes mdh se transcriben a diferentes niveles en células de B. methanolicus en crecimiento exponencial Example 13: The three mdh genes are transcribed at different levels in exponentially growing B. methanolicus cells.

Se había demostrado previamente que la transcripción de mdh-MGA3 es presumiblemente muy alta en las células de B. methanolicus y ligeramente regulada positivamente (aproximadamente 3 veces) en células que se cultivan sobre metanol frente a manitol, mientras que los niveles de transcripción de act eran similares en ambas condiciones de crecimiento (Jakobsen y col., (2006) J Bacteriol 188(8): 3063-3072). Aquí, las tres MDH que codificaban los genes de MGA3 se incluyeron en análisis similares y los resultados demostraban que los niveles de transcripción relativos de mdh-MGA3 y mdh2-MGA3 eran 2 veces y 3 veces mayores en metanol en comparación con el manitol. El nivel de transcripción de mdh3-MGA3 era esencialmente similar en las dos condiciones de cultivo diferentes. Para mdh este resultado era diferentes de alguna manera en comparación con los datos previos (Jakobsen y col., (2006) J Bacteriol 188(8): 3063-3072), y la razón de esto es desconocida. De manera interesante, los valores de Ct obtenidos en condiciones convencionales para los tres genes eran altamente diferentes, con mdh-MGA3 representando con mucho los menores valores que indican niveles de transcripción más altos. Se encontró que Ct mdh2-Ct mdh era 8 y Ct mdh3-Ct mdh era 14 (teniendo en cuenta una eficacia de cebador de aproximadamente el 100 % en todos estos experimentos, estos números deberían implicar que los niveles de transcripción mdh2-MGA3 y mdh3-MGA3 eran aproximadamente 250 veces y 10.000 veces menores que el nivel de transcripción de mdh, respectivamente, en las condiciones ensayadas). It had previously been shown that mdh-MGA3 transcription is presumably very high in B. methanolicus cells and slightly positively regulated (approximately 3 times) in cells grown on methanol versus mannitol, while act transcription levels were similar in both growth conditions (Jakobsen et al., (2006) J Bacteriol 188 (8): 3063-3072). Here, the three MDHs encoding the MGA3 genes were included in similar analyzes and the results showed that the relative transcription levels of mdh-MGA3 and mdh2-MGA3 were 2 times and 3 times higher in methanol compared to mannitol. The level of transcription of mdh3-MGA3 was essentially similar in the two different culture conditions. For mdh this result was somewhat different compared to previous data (Jakobsen et al. (2006) J Bacteriol 188 (8): 3063-3072), and the reason for this is unknown. Interestingly, the Ct values obtained under conventional conditions for the three genes were highly different, with mdh-MGA3 representing by far the lowest values indicating higher transcription levels. It was found that Ct mdh2-Ct mdh was 8 and Ct mdh3-Ct mdh was 14 (taking into account a primer efficiency of approximately 100% in all these experiments, these numbers should imply that the transcription levels mdh2-MGA3 and mdh3 -MGA3 were approximately 250 times and 10,000 times lower than the level of mdh transcription, respectively, under the conditions tested).

Las secuencias codificantes mdh2-MGA3 y mdh3-MGA3 son un 96 % idénticas a nivel de ADN y para descartar cualquier hibridación cruzada de los cebadores de la rt-PCR en estos experimentos, los respectivos pares de cebadores de rt-PCR (véase Materiales y procedimientos) se ensayaron hacia los ADN plasmídicos, pTMB1 y pTMB2, que albergaban las secuencias genéticas respectivas de mdh2 y mdh3. Los resultados muestran claramente que no se obtenía ningún producto de PCR cuando se utilizaban los cebadores específicos de mdh2 junto con ADN pTMB2, o alternativamente cuando se utilizaban los cebadores específicos de mdh3 junto con la matriz de ADN pTMB1 (datos no mostrados). Estos datos confirmaban que los cebadores de rt-PCR utilizados para mdh2-MGA3 y mdh3-MGA3 son específicos para sus dianas específicas, confirmando que los datos obtenidos deberían ser fiables. The coding sequences mdh2-MGA3 and mdh3-MGA3 are 96% identical at the DNA level and to rule out any cross hybridization of the rt-PCR primers in these experiments, the respective pairs of rt-PCR primers (see Materials and procedures) were tested for plasmid DNAs, pTMB1 and pTMB2, which harbored the respective genetic sequences of mdh2 and mdh3. The results clearly show that no PCR product was obtained when mdh2 specific primers were used together with pTMB2 DNA, or alternatively when mdh3 specific primers were used together with the pTMB1 DNA matrix (data not shown). These data confirmed that the rt-PCR primers used for mdh2-MGA3 and mdh3-MGA3 are specific for their specific targets, confirming that the data obtained should be reliable.

Se llevó a cabo un análisis similar para los mdh de PB1 y los resultados demostraron que los niveles de transcripción de mdh-PB1 y mdh2-PB1 eran esencialmente similares en el cultivo en manitol frente en metanol. Sorprendentemente, el nivel de transcripción de mdh1-PB1 en manitol era 14 veces mayor que en metanol, y el impacto biológico de esto seguía siendo desconocido. Como para la MGA3, los inventores se dieron cuenta que el nivel de transcripción relativa de estos tres genes en PB1 era presumiblemente muy diferente, y el gen mdh-PB1 se transcribía a niveles mucho mayores que mdh1-PB1 y mdh2-PB1 (datos no mostrados). A similar analysis was carried out for the mdh of PB1 and the results showed that the transcription levels of mdh-PB1 and mdh2-PB1 were essentially similar in the mannitol culture versus methanol. Surprisingly, the level of transcription of mdh1-PB1 in mannitol was 14 times higher than in methanol, and the biological impact of this remained unknown. As for MGA3, the inventors realized that the relative transcription level of these three genes in PB1 was presumably very different, and the mdh-PB1 gene was transcribed at levels much higher than mdh1-PB1 and mdh2-PB1 (data not shown).

Ejemplo 14: Expresión de genes mdh de B. methanolicus en E. coli Example 14: Expression of mdh genes from B. methanolicus in E. coli

Construcción de vectores de expresión Construction of expression vectors

Los genes codificantes para Mdh y la proteína Act activadora de Mdh se amplificaron a partir de plásmidos pET21a que albergaban genes de las cepas MGA3 (mdh-MGA3, mdh2-MGA3, mdh3-MGA3 y act-MGA3) y PB1 (mdh-PB1, mdh1-PB1 y mdh2-PB1) de B. methanolicus. Los genes se clonaron entonces en el plásmido pSEVA424 (genes mdh) o en el plásmido pSEVA131 (gen act). Para la clonación de mdh-MGA3, mdh-PB1, mdh1-PB1 y act-MGA3, se utilizaron sitios de restricción EcoRI y HindIII, mientras que los mdh2-MGA3, mdh2-PB1 y mdh3-MGA3 se clonaron utilizando los sitios de restricción EcoRI y PstI. Los vectores de restricción resultantes se transformaron en E. coli K12 (BW25113) ts electrocompetentes y en E. coli K-12 (BW25113) con un gen frmA eliminado. The genes coding for Mdh and the Mdh activating Act protein were amplified from plasmids pET21a that harbored genes from strains MGA3 (mdh-MGA3, mdh2-MGA3, mdh3-MGA3 and act-MGA3) and PB1 (mdh-PB1, mdh1-PB1 and mdh2-PB1) from B. methanolicus. The genes were then cloned into plasmid pSEVA424 (mdh genes) or plasmid pSEVA131 (act gene). For the cloning of mdh-MGA3, mdh-PB1, mdh1-PB1 and act-MGA3, EcoRI and HindIII restriction sites were used, while mdh2-MGA3, mdh2-PB1 and mdh3-MGA3 were cloned using restriction sites EcoRI and PstI. The resulting restriction vectors were transformed into electrocompetent E. coli K12 (BW25113) ts and E. coli K-12 (BW25113) with a frmA gene removed.

Experimentos de expresión Expression experiments

Para los experimentos de expresión, se cultivaron las células en medio Luria-Bertani (LB) para los ensayos in vitro o en medio M9 para los ensayos in vivo, conteniendo ambos 20 µg/ml de estreptomicina para pSEVA424. Cuando se co-expresaba Act el medio se suplementaba con 100 µg/ml de ampicilina. La expresión se indujo cuando las células alcanzaban una DO de 0,5 (para los ensayos in vitro) o DO 1 (para los ensayos in vivo) añadiendo 0,1 mM de IPTG For expression experiments, the cells were cultured in Luria-Bertani medium (LB) for in vitro assays or in M9 medium for in vivo assays, both containing 20 µg / ml streptomycin for pSEVA424. When Act was co-expressed, the medium was supplemented with 100 µg / ml ampicillin. Expression was induced when the cells reached an OD of 0.5 (for in vitro assays) or OD 1 (for in vivo assays) by adding 0.1 mM of IPTG

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10 10

15 fifteen

20 twenty

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40 40

45 Four. Five

50 fifty

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Para la construcción de los vectores para la co-expresión de act y los tres genes de metanol deshidrogenasa diferentes, los genes metanol deshidrogenasa se amplificaron por PCR con un cebador directo que contiene un codón de parada y el RBS mntA de B. subtilis y un cebador inverso que contiene un engarce corto que contienen los sitios de restricción SwaI y BgIII (Figura 7B). Los genes respectivos se digirieron en el extremo entonces con StuI y BgIII y se ligaron en los sitios SwaI y BgIII del vector act-pHB201. De esta manera se introduce un codón de parada después del gen act y los genes metanol deshidrogenasa contiene ahora el marcador His6. Después de secuenciar los genes se transfirieron al plásmido pHCMC04 (Figura 7B) utilizando los sitios de restricción SpeI y BamHI. Las inserciones se confirmaron por secuenciación. For the construction of vectors for the co-expression of act and the three different methanol dehydrogenase genes, the methanol dehydrogenase genes were amplified by PCR with a direct primer containing a stop codon and the RBS mntA of B. subtilis and a reverse primer containing a short crimp containing the restriction sites SwaI and BgIII (Figure 7B). The respective genes were then digested at the end with StuI and BgIII and ligated into the SwaI and BgIII sites of the act-pHB201 vector. In this way, a stop codon is introduced after the act gene and the methanol dehydrogenase genes now contain the His6 marker. After sequencing the genes were transferred to plasmid pHCMC04 (Figure 7B) using the SpeI and BamHI restriction sites. Insertions were confirmed by sequencing.

Establecimiento de células de B. subtilis recombinantes que expresan metanol deshidrogenasa Establishment of recombinant B. subtilis cells expressing methanol dehydrogenase

Se transformaron células 168 de B. subtilis con los plásmidos de expresión act-MGA3, mdh-MGA3, mdh2-MGA3 y mdh3-MGA3, y los vectores análogos que co-expresaban cada uno de los genes de metanol deshidrogenasa con el gen act-MGA3. Se recogieron las colonias positivas de la placa y se aisló el plásmido y se comprobaron por restricción los clones positivos. Las colonias se recogieron del a placa y se cultivaron durante una noche a 37 ºC (250 rpm) y se diluyeron hasta una DO600 = 0,1 en 20 ml de LB que contenía cloranfenicol (5 µg/ml). Después de 3 h de cultivo a 37 ºC (250 rpm), se añadieron al cultivo 500 µl de xilosa al 40 % para inducir la expresión. El cultivo se cultivó durante otras 3 h y se tomaron muestras de 2 ml. La muestra se centrifugó durante 2 min, 11.000 x g y se retiró el sobrenadante. El aglomerado se re-suspendió en 300 µl de Birnboim A para B. subtilis (10 mM de Tris-HCl pH 8,0; un 20 % de sacarosa; 50 mM de NaCl; 0,25 mg/ml de lisozima; inhibidor de proteasa) y se incubó a 37 ºC durante 30 minutos. Las muestras se almacenaron a -80 ºC antes de su uso. Además, los inventores se aprovecharon de las células de E. coli recombinantes construidas en el proyecto que expresan mdh-MGA3, mdh2-MGA3, mdh3-MGA3 y act-MGA3 a partir del plásmido pET21a en los ensayos in vitro. 168 cells of B. subtilis were transformed with the expression plasmids act-MGA3, mdh-MGA3, mdh2-MGA3 and mdh3-MGA3, and the analogous vectors that co-expressed each of the methanol dehydrogenase genes with the gene act- MGA3. Positive colonies were collected from the plate and the plasmid was isolated and positive clones were checked by restriction. The colonies were collected from the plate and grown overnight at 37 ° C (250 rpm) and diluted to an OD 600 = 0.1 in 20 ml of LB containing chloramphenicol (5 µg / ml). After 3 h of culture at 37 ° C (250 rpm), 500 µl of 40% xylose was added to the culture to induce expression. The culture was cultured for another 3 h and 2 ml samples were taken. The sample was centrifuged for 2 min, 11,000 x g and the supernatant was removed. The agglomerate was re-suspended in 300 µl of Birnboim A for B. subtilis (10 mM Tris-HCl pH 8.0; 20% sucrose; 50 mM NaCl; 0.25 mg / ml lysozyme; inhibitor protease) and incubated at 37 ° C for 30 minutes. Samples were stored at -80 ° C before use. In addition, the inventors took advantage of recombinant E. coli cells constructed in the project that express mdh-MGA3, mdh2-MGA3, mdh3-MGA3 and act-MGA3 from plasmid pET21a in the in vitro assays.

Ensayos in vitro para la actividad de metanol deshidrogenasa In vitro assays for methanol dehydrogenase activity

Las actividades de las proteínas Mdh se midieron siguiendo la formación de NADH espectrofotométricamente. La mezcla de reacción contenía: The activities of the Mdh proteins were measured following the formation of NADH spectrophotometrically. The reaction mixture contained:

-100 µl Glicina-KOH (pH 9,5) -100 µl de Metanol 5 M (o etanol 5 M) -5 µlMgSO41 M -10 µl de NAD+ 50 mM -10 µl de muestra -(10 µl de lisado de E. coli act-pET21a) -775 µl H2O -100 µl Glycine-KOH (pH 9.5) -100 µl of 5 M Methanol (or 5 M ethanol) -5 µlMgSO41 M -10 µl of NAD + 50 mM -10 µl of sample - (10 µl of E. lysate) coli act-pET21a) -775 µl H2O

Las cubetas y mezcla de reacción sin lisado celular se pre-incubaron a 50 ºC. La formación de NADH se siguió durante 10 minutos a 340 nm a 50 ºC. La actividad total se calculó dividiendo el aumento en unidades de absorción por minutos por el coeficiente de extinción (6,23 cm-1 mm-1) y la concentración total de proteína en U/mg de proteína total. Todos los ensayos se llevaron a cabo utilizando tanto metanol como etanol como sustrato alternativos. The cuvettes and reaction mixture without cell lysate were pre-incubated at 50 ° C. NADH formation was followed for 10 minutes at 340 nm at 50 ° C. The total activity was calculated by dividing the increase in absorption units per minute by the extinction coefficient (6.23 cm-1 mm-1) and the total protein concentration in U / mg of total protein. All tests were carried out using both methanol and ethanol as an alternative substrate.

Resultados Results

Los tres genes ensayados, mdh-MGA3, mdh2-MGA3, y mdh3-MGA3 expresaban metanol deshidrogenasas activas en el huésped B. subtilis, mientras que el act-MGA3 solo no expresa actividad metanol deshidrogenasa detectable (Figura 8). En general, las actividades eran significativamente mayores cuando se utiliza etanol en vez de metanol como sustrato, para los tres genes ensayados (esto es similar a los que se observa cuando estas enzimas se han purificado a partir de células de E. coli recombinante). En todos los casos, las actividades metanol deshidrogenasa estaban estimuladas significativamente por Act. Cuando los genes act y de metanol deshidrogenasa se coexpresaban a partir del mismo plásmido en B. subtilis 168, parece que la proteína Mdh2 es la más activa. Sin embargo, los inventores se dieron cuenta de que cuando se suministra Act de los lisados de E. coli, entonces el gen mdh-MGA3 es el más activo. Por lo tanto, el gen mdh2-MGA3 -co-expresado junto con act-MGA3 – es en total la mejor elección para la actividad metanol deshidrogenasa maximizada en B. subtilis cuando se ensaya in vitro. The three genes tested, mdh-MGA3, mdh2-MGA3, and mdh3-MGA3 expressed active methanol dehydrogenases in host B. subtilis, while act-MGA3 alone does not express detectable methanol dehydrogenase activity (Figure 8). In general, the activities were significantly higher when ethanol is used instead of methanol as a substrate, for the three genes tested (this is similar to those observed when these enzymes have been purified from recombinant E. coli cells). In all cases, methanol dehydrogenase activities were significantly stimulated by Act. When the act and methanol dehydrogenase genes were coexpressed from the same plasmid in B. subtilis 168, it appears that the Mdh2 protein is the most active. However, the inventors realized that when Act is supplied from the E. coli lysates, then the mdh-MGA3 gene is the most active. Therefore, the mdh2-MGA3 gene - co-expressed together with act-MGA3 - is in total the best choice for maximized methanol dehydrogenase activity in B. subtilis when tested in vitro.

Ejemplo 16: Incorporación de metanol en C. glutamicum modificado genéticamente Example 16: Incorporation of methanol in genetically modified C. glutamicum

Experimentos de marcado con 13C 13C marking experiments

Para los experimentos de marcado los inventores utilizaron la cepa delta ald de C. glutamicum que expresa Mdh2-MGA3 (pVWEx1-Mdh2), Hps y Phi (pEKEX3 -Hps + Phi). Como control negativo se utilizó la cepa delta ald de C. glutamicum con el plásmido pEKEX3 vacío. Todas las cepas de C. glutamicum se cultivaron en medio M8 que contenía (por litro) 3,48 g de Na2HPO4 · 12 H20, 0,60 g of KH2PO4, 0,51 g de NaCl, 2,04 g de NH4Cl, 0,10 g de MgSO4, 4,38 mg de CaCl2, 15 mg de Na2EDTA · 2 H2O, 4,5 mg de ZnSO4 · 7 H2O, 0,3 mg de CoCl2 · 6 H2O, 1 mg de MnCl2 · 4 H2O, 1 mg de H3BO3, 0,4 mg de Na2MoO4 ·2 H2O, 3 mg de FeSO4 • 7 H2O y 0,3 mg de CuSO4 · 5 H2O. Para todos los cultivos (M9 o LB), se utilizó 1 mM de IPTG como inductor y se añadieron 100 µg/ml de espectinomicina y 25 µg/ml de kanamicina en el medio como marcadores de resistencia. Todos los cultivos se llevaron a cabo a 30 ºC. Se colocaron en placas las cepas celulares a partir de glicerol como materia prima en una For the labeling experiments the inventors used the delta ald strain of C. glutamicum expressing Mdh2-MGA3 (pVWEx1-Mdh2), Hps and Phi (pEKEX3 -Hps + Phi). As a negative control, the alta strain of C. glutamicum with the empty plasmid pEKEX3 was used. All strains of C. glutamicum were grown in M8 medium containing (per liter) 3.48 g of Na2HPO412 H20, 0.60 g of KH2PO4, 0.51 g of NaCl, 2.04 g of NH4Cl, 0 , 10 g of MgSO4, 4.38 mg of CaCl2, 15 mg of Na2EDTA · 2 H2O, 4.5 mg of ZnSO4 · 7 H2O, 0.3 mg of CoCl2 · 6 H2O, 1 mg of MnCl2 · 4 H2O, 1 mg of H3BO3, 0.4 mg of Na2MoO4 · 2 H2O, 3 mg of FeSO4 • 7 H2O and 0.3 mg of CuSO4 · 5 H2O. For all cultures (M9 or LB), 1 mM of IPTG was used as inducer and 100 µg / ml of spectinomycin and 25 µg / ml of kanamycin were added in the medium as resistance markers. All cultures were carried out at 30 ° C. Cell strains from glycerol were plated as raw material in a

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Claims (4)

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13. 13.
El microorganismo huésped de la reivindicación 12, en el que el microorganismo huésped es una bacteria seleccionada de entre el género Escherichia, Corynebacterium o Bacillus. The host microorganism of claim 12, wherein the host microorganism is a bacterium selected from the genus Escherichia, Corynebacterium or Bacillus.
14.14.
El microorganismo huésped de la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que el microorganismo huésped es E. coli, C. glutamicum, B. subtilis o B. methanolicus.  The host microorganism of claim 12 or claim 13, wherein the host microorganism is E. coli, C. glutamicum, B. subtilis or B. methanolicus.
15. fifteen.
Un procedimiento para la introducción o modificación de la actividad alcohol deshidrogenasa, y en particular actividad MDH, en un microorganismo huésped, comprendiendo dicho procedimiento la introducción en dicho microorganismo de una molécula de ácido nucleico como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 y el cultivo de dicho microorganismo en condiciones en las que dicha molécula de ácido nucleico se exprese. A method for the introduction or modification of the alcohol dehydrogenase activity, and in particular MDH activity, in a host microorganism, said method comprising the introduction into said microorganism of a nucleic acid molecule as defined in any one of claims 1 to 5 and the cultivation of said microorganism under conditions in which said nucleic acid molecule is expressed.
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